Новая перовскитная солнечная батарея сохраняет 85% эффективности после 1000 часов работы при температуре 85°C

Ученые разработали новый тип перовскитной солнечной батареи (PSC), способной выдерживать высокие температуры без потери эффективности. Исследование стало важным шагом к коммерциализации технологии, решая одну из ключевых проблем — термостойкость.

На старте солнечный элемент продемонстрировал КПД (коэффициент полезного действия) в 25,56%. Даже после 1000 часов работы при температуре 85°C и влажности 85% он сохранил 85% своей начальной эффективности.

Разработка была осуществлена исследователями из аспирантуры Университета науки и технологий Ульсана (UNIST) по направлению углеродной нейтральности совместно с учеными из Национального университета Кёнсан. Вместо традиционного добавочного компонента 4-трет-бутилпиридина (tBP) они использовали этиленкарбонат (EC), что позволило повысить устойчивость устройства.

Эффективность и стабильность

Как отметили ученые, хотя tBP и повышает КПД, он снижает температуру стеклования транспортного слоя до значений ниже 80°C, что снижает устойчивость устройства при высоких температурах. Стеклование — это точка, при которой слой становится почти жидким.

Согласно статье, опубликованной в журнале Energy & Environmental Science, масштабированные мини-модули PSC площадью 25 и 100 см² показали эффективность 23,22% и 22,14% соответственно.

«Повышенная температура стеклования и стабильное удержание ионов лития придают устройствам устойчивость к воздействию тепла и влаги (85°C / 85% RH) на протяжении 1000 часов. Это ключевой шаг к промышленному внедрению технологии», — говорится в исследовании.

Полученная ячейка стала самой эффективной среди аналогов без использования tBP — с КПД 25,56%.

Эффективность не снизилась после инкапсуляции

Даже после герметизации эффективность осталась практически на том же уровне. При тестировании по международным стандартам при 85°C и 85% влажности, устройства сохранили 21,7% эффективности спустя 1000 часов. Также была зафиксирована повышенная температура стеклования транспортного слоя — до 125°C.

Перовскиты — семейство материалов, активно исследуемых для солнечной энергетики из-за их высокой эффективности и низкой себестоимости. Они также находят применение в топливных элементах и катализаторах.

Наиболее популярные в фотогальванике — это так называемые металлогалогенные перовскиты, содержащие органические ионы, металлы и галогены.

С 2009 года эффективность перовскитных солнечных ячеек выросла с 3% до более чем 26% на устройствах с малой площадью. А тандемные ячейки с кремнием уже достигли КПД почти 34%.

Однако массовое производство пока не началось, поскольку технология нуждается в решении ряда инженерных задач.

«В ходе нашего исследования мы разработали транспортный слой для дырок, обеспечивающий стабильную работу в условиях высоких температур и влажности без потери эффективности», — прокомментировал профессор Дон Сок Ким, руководитель проекта.